[发明专利]一种压电液体体积传感器及其体积检测方法

说明书

本发明公开了一种压电液体体积传感器及其体积检测方法。现有体积传感器通常都需要与液体直接接触，或精度较低。本发明一种压电液体体积传感器，包括机架、模态锤、电磁铁、直流电机、升降滑架、升降块、升降步进电机、升降滚珠丝杠、细绳、横移步进电机、横移滚珠丝杠、横移块、摆锤台、液体容器和PVDF压电薄膜。摆锤台固定在机架上。模态锤由锤头和锤柄组成。锤柄的外端与锤头固定，内端与摆锤台的顶部构成转动副。锤柄中部与细绳的一端固定。细绳的另一端与直流电机上的绕线轮固定。细绳缠绕着绕线轮上。本发明通过建立被测液体共振频率与体积之间的关系，实现对不同被测液体体积的自动化检测，能够应用于油箱内剩余油量的检测等领域。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种检测任意形状容器液体体积的非接触式压电液体体积传感器及其体积检测方法。

背景技术

液体体积传感器在化学液体体积检测、液体燃料储存系统等方面得到广泛应用和关注。目前已有浮筒式液体体积传感器，浮球式液体体积传感器等液体体积传感器，但这些传感器通常都需要与液体直接接触，容易造成液体的污染以及传感器的损坏。超声波类，光学类，电磁波类液体体积传感器虽无需与液体接触，但普遍都需精度高测量仪器，价格高。为克服液体体积传感器在使用过程中需要和液体直接接触的问题并降低成本，本发明涉及一种基于压电PVDF薄膜的非接触式液体体积传感器，通过施加外部激励力给液体容器，PVDF传感器测出盛液容器的振动频率，从而通过振动频率计算出容器中的液体体积。PVDF传感器的灵敏度高、柔韧性强且易加工，可以用于腐蚀性、强挥发性等液体体积的非接触性检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电液体体积传感器。

本发明一种压电液体体积传感器，包括机架、模态锤、电磁铁、直流电机、升降滑架、升降块、升降步进电机、升降滚珠丝杠、细绳、横移步进电机、横移滚珠丝杠、横移块、摆锤台、液体容器和PVDF压电薄膜。所述的横移滚珠丝杠支承在机架上。横移块与机架构成滑动副，并与横移滚珠丝杠构成螺旋副。所述的横移滚珠丝杠由横移步进电机驱动。所述升降滑架的底部与横移块固定。所述的升降滚珠丝杠支承在升降滑架上。所述的升降块与升降滑架构成滑动副，并与升降滚珠丝杠构成螺旋副。升降块上固定有电磁铁。所述的升降滚珠丝杠由升降步进电机驱动。直流电机固定在升降滑架的顶部。直流电机的输出轴上固定有绕线轮。

所述的摆锤台固定在机架上。所述的模态锤由锤头和锤柄组成。锤柄的外端与锤头固定，内端与摆锤台的顶部构成转动副。锤柄中部与细绳的一端固定。细绳的另一端与直流电机上的绕线轮固定。细绳缠绕着绕线轮上。所述的液体容器固定在摆锤台远离电磁铁的那侧。所述的液体容器远离模态锤的一侧贴有n块PVDF压电薄膜，n≥2。

进一步地，本发明一种压电液体体积传感器还包括控制模块。所述的控制模块包括多路复用器、运算放大器、单片机、第一蓝牙收发器、第二蓝牙收发器和计算机。n块PVDF压电薄膜与多路复用器的其中n个数据输入引脚分别电连接。多路复用器的各个控制输入引脚与单片机的多个第一I/O口分别连接。多路复用器的输出引脚接运算放大器的正相输入端或反相输入端。运算放大器的输出端与单片机的模拟信号输入引脚。单片机的第二I/O口与第一蓝牙收发器连接。第二蓝牙收发器与计算机连接。第一蓝牙收发器与第二蓝牙收发器通过蓝牙连接。

进一步地，所述的单片机通过两个型号为TB6600的步进电机驱动器分别驱动升降步进电机、横移步进电机。单片机通过继电器与电磁铁连接。

进一步地，所述多路复用器的型号为ADG1608。所述运算放大器的型号为OP07。所述单片机的型号为STM32F103。所述第一蓝牙收发器及第二蓝牙收发器的型号均为BT08B。

进一步地，n＝6。六块PVDF压电薄膜呈两行三列排布。PVDF压电薄膜的面积为4cm²。两行PVDF压电薄膜的对称面到特征平面的间距等于锤头到锤柄、摆锤台所成转动副的公共轴线的间距。特征平面为经过锤柄、摆锤台所成转动副的公共轴线的水平面。